В каких случаях необходимо защитное заземление электроустановок

Содержание

Согласно Правилам устройства электроустановок (п. 1.7.29), которыми руководствуются в РФ, защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

Рассматривая данное определение подробнее, можно сказать, что защитное заземление выполняется преднамеренно и представляет собой электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, у которых есть возможность оказаться под напряжением из-за нарушения изоляции.

Цель защитного заземления – уберечь людей и животных от поражения током.

Цель достигается путем снижения напряжения до безопасной величины (относительно земли) на металлических частях оборудования. При замыкании на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения. Следствием является снижение тока, проходящего через тело при прикосновении.

При электрическом переменном токе промышленной частоты, равным 50 герц, берут во внимание только активное сопротивление человеческого тела и соотносят его с величиной равной 1 кОм. В обычном состоянии сопротивление тела постоянному току соотносится с диапазоном от 3 до 100 кОм, но при длительном прохождении снижается до 300 Ом.

Корпус заземлен

Корпус без заземления

На рисунках указаны примерные значения, но они позволяют оценить эффективность и необходимость защитного заземления.

Величина тока короткого замыкания и сопротивление системы заземления сильно влияют на ток, проходящий через тело. Максимально допустимое значение сопротивления заземления в установках до 1 кВ:

10 Ом – при мощности генераторов + трансформаторов ≤ 100 кВА,
4 Ом – во всех остальных случаях.

Нормы рассчитаны с допустимой величиной напряжения прикосновения, которая в сетях до 1 кВ не должна превышать 40 В.

Защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных сетях:

напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью,
с напряжением 1 кВ и выше – с любым режимом нейтрали.

Обратите внимание!
Присоединение корпусов электроустановки к заземлителю или магистрали заземления необходимо выполнять только отдельным ответвлением. Категорически запрещено последовательное подключение (см. рисунки)!

Виды заземляющих устройств

Группировать заземляющие устройства можно следующим образом:

Заземление TT — как работает защитное заземление

Естественные заземлители

К естественным заземляющим устройствам относятся все конструкции, постоянно находящиеся в земле:

металлические конструкции здания и фундаменты;
металлические оболочки кабелей;
обсадные трубы артезианских скважин.

Категорически запрещено использовать в качестве заземлителей:

газопроводы и трубопроводы с горючими жидкостями;
алюминиевые оболочки подземных кабелей;
трубы теплотрасс;
трубы холодного и горячего водоснабжения.

К естественному заземлителю необходимо минимум 2 подключения в разных местах.

Искусственные заземлители

Искусственное заземление является специальным подсоединением к заземляющему устройству. К искусственным заземлителям относятся:

стальные трубы определенных размеров;
полосовая сталь толщиной от 4 мм;
угловая сталь от 4 мм;
прутковая сталь определенных размеров.

Пользуются популярностью глубинные заземлители с омедненными или оцинкованными электродами. Они существенно превосходят традиционные методы по долговечности и затратам на изготовление заземлителя.

Специфические проблемы существуют для грунта в условиях вечной мерзлоты. Здесь эффективным решением могут стать системы электролитического заземления:


Состояние обычного заземлителя через несколько лет эксплуатации в вечномерзлых грунтах.	Пример схемы электролитического заземлителя

Примечания:

Достоинство контурного заземления состоит в выравнивании потенциалов в защищаемой зоне и уменьшении напряжения шага.
Выносные заземлители позволяют выбрать место с минимальным сопротивлением грунта.
Более подробную информацию о заземлителях можно найти в ГОСТ Р 50571.5.54-2013 «…Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов».

Классификация заземляющих устройств

Система заземления электроустановок – комплекс, состоящий из заземляющего контура и проводников, соединяющих его с корпусами оборудования для обеспечения стекания в землю избыточного тока, появившегося в результате попадания фазы на корпус. Действующая в России классификация устройств заземления (далее УЗ) подразумевает градацию по следующим признакам:

Виду нейтрали. По наличию соединения с заземляющим устройством:

заземленная;
изолированная.

Организация системы заземления регулируется правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Документ регламентирует порядок и признаки классификации заземляющих систем. Для обозначения маркировки используются буквы английского алфавита:

Такой вид маркировки позволяет определить используемый способ защиты генератора тока и предпочтительные схемы заземления электроустановок на стороне потребителя.

При монтаже линий электроснабжения общепринятыми для России считаются три системы заземления:

TN-C – обозначает, что нулевой рабочий и защитный проводники объединены в общую шину на всем протяжении трассы.
TN-S – нулевой рабочий и защитный проводники прокладываются раздельно.
TN-C-S – нулевой рабочий и защитный проводники на части трассы объединены, а на остальной прокладываются раздельно.

Реже встречаются следующие системы:

TT – нулевой рабочий и защитный проводники заземляются раздельно. Чаще всего этот способ используют в случае неудовлетворительного состояния питающей воздушной ЛЭП или для предотвращения поражения людей через токопроводящие поверхности временных сооружений.
IT – в этой схеме нейтраль изолируется от земли или заземляется через специальное оборудование. Такой вариант чаще всего используют, если необходимо обеспечить высокий уровень защиты оборудования. Поскольку при таком варианте подключения риск искрообразования минимален.

Технические требования к организации заземления электроустановок

УЗ используют для защиты людей и оборудования от разрушительного действия электрического тока. Безопасность обеспечивается путем соединения защищаемых корпусов электроустановок с землей. Работы по организации заземляющих сетей регламентируются положениями ГОСТ 12.1.030-81, согласно которым защитное заземление электроустановки следует выполнять при следующих параметрах:

при значениях номинального напряжения 380 B и более переменного тока и более 440 B и более постоянного тока – при любых значениях;
при значениях номинального напряжения 42-380 B переменного тока 110-440 B. Для работ связанных с повышенной опасностью.

Правильно организованная система заземления электроустановок способна нейтрализовать избыточный потенциал любой мощности и защитить людей, оборудование и здания от воздействия электрического тока будь то скачки, вызванные включением или отключением силового оборудования или грозовое воздействие.

Принцип работы основан на разнице сопротивлений человеческого тела и УЗ. Избыточный потенциал отводится в направлении меньшего показателя, т. е. в сторону защитного контура.

Выбор естественных заземлителей

Согласно правилам устройства электроустановок, их корпуса должны быть подключены к искусственным или естественным заземлителям. В качестве естественных используют следующие металлические объекты:

каркасы подземных металлоконструкций, имеющие непосредственный контакт с грунтом;
защитные кожухи кабелей, проложенных под землей;
металлические трубы, за исключением газо- и нефтепроводов;
железнодорожные рельсы.

Контакт объекта с естественным заземлителем должен осуществляться минимум в двух местах. Преимущества этого метода в простоте, эффективности и сокращении затрат на организацию системы электробезопасности.

Нельзя выбирать в качестве естественных заземлителей следующие объекты:

трубопроводы горючих и взрывчатых газов и жидкостей;
трубы, покрытые антикоррозийной изоляцией;
канализационные трубопроводы;
трубы централизованного отопления.

Сопротивление стеканию тока

Заземление работает по следующему принципу: ток, стекающий в землю через место замыкания, проходит вначале на корпус электроустановки и с него через УЗ в грунт. Очевидно, что при организации сетей заземления до 1000 Вольт, важно создать цепочку, обеспечивающую стекание избыточного заряда в землю.

Значения сопротивления заземления для сетей различного назначения:

Максимальное значение сопротивления, Ом

Частные дома 220, 380 Вольт

Источник тока при напряжении 660, 380 и 220 Вольт

Частный дом при подключении газопровода

Устройства защиты линий связи

Чтобы получить показатели сопротивления, установленные нормативами, следует придерживаться типовых процедур:

Увеличить площадь соприкосновения деталей заземляющего устройства с грунтом.
Обеспечить качественный контакт между элементами устройства и соединительными шинами.
Усилить проводимости почвы увлажнением или повышением ее солености.

Для контроля за соответствием сопротивления предписанным нормам следует проверять его уровень не реже одного раза в шесть лет.

Работа УЗ при нарушении защитной изоляции электрооборудования

Нарушение целостности защитной изоляции нередко приводит к замыканию фазы на корпус. Дальнейшее развитие событий зависит от качества системы электробезопасности. Возможны следующие варианты:

Заземление отсутствует, устройство защитного отключения не установлено. Самая неблагоприятная ситуация. При прикосновении к корпусу ощущается сильный удар.
Корпус подключен к системе заземления, УЗО отсутствует. Если ток утечки будет велик, сработает автомат и отключит питающую линию или цепочку. Этот вариант может привести к накоплению избыточного потенциала на корпусе, если сопротивление переходов и номинал предохранителей будут велики. Такая ситуация опасна для людей.
Заземление отсутствует, устройство защитного отключения установлено. Ток утечки вызовет срабатывание УЗО и человек успеет ощутить только слабый удар током.
Корпус подключен к заземлению, УЗО установлено – наиболее надежный вариант, обеспечивающий защиту людей и техники благодаря тому, что защитные устройства дополняют и отчасти дублируют друг друга. При замыкании фазы на корпус, избыточный потенциал стекает через систему заземления. Одновременно устройство защитного отключения реагирует на утечку и отключает подачу тока, исключая возможность поражения током людей. Если ток утечки значительно превышает возможности УЗО, может сработать автомат и продублировать его функцию.

В каких случаях необходимо защитное заземление электроустановок

Для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов.

Заземляющие устройства, используемые для заземления электроустановок одного или различных назначений и напряжений, должны удовлетворять всем действующим техническим требованиям по защите людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции электрических проводников, к условиям режимов работы электрических сетей и защиты электрооборудования от перенапряжения.

НЕОБХОДИМОСТЬ МОНТАЖА ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ (ЗАНУЛЕНИЯ) ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Заземление или зануление электроустановок следует выполнять:

— при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех электроустановках;
— при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока — только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

В большинстве случаев заземление или зануление электроустановок не требуется при номинальных напряжениях до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока.

Заземление или зануление электрооборудования, установленного на опорах высоковольтных линий (силовые и измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители, конденсаторы и другие аппараты), должно быть выполнено в соответствии с действующими нормативными требованиями электробезопасности.

В трехфазных сетях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью и в однофазных сетях с заземленным выводом источника однофазного тока установленное на опоре высоковольтной линии электрооборудование должно быть занулено.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Для заземления электроустановок, в первую очередь, должны бьггь использованы естественные заземлители. Если при этом сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимые значения, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве, то искусственные заземлители должны применяться лишь при необходимости снижения плотности токов, протекающих по естественным заземлителям или стекающих с них.

Для заземления электроустановок различных назначений и различных напряжений, территориально приближенных одна к другой, рекомендуется применять одно общее заземляющее устройство. Для объединения заземляющих устройств различных электроустановок в одно общее заземляющее устройство следует использовать все имеющиеся в наличии естественные, в особенности протяженные, заземляющие проводники. Сопротивления заземляющих устройств и напряжения прикосновения должны быть обеспечены при наиболее неблагоприятных условиях.

Рекомендуется выполнять защитное отключение (для переносного ручного электроинструмента, некоторых жилых и общественных помещений, насыщенных металлическими конструкциями, имеющими связь с землей).

В электроустановках до 1 кВ переменного тока с изолированной нейтралью или изолированным выводом источника однофазного тока в качестве защитной меры должно быть выполнено заземление в сочетании с контролем изоляции сети или защитное отключение. Для электроустановок с напряжением свыше 1 кВ с изолированной нейтралью применяется защитное заземление с предусмотреной возможностью быстрого отыскания замыканий на землю. Защита от замыканий на землю должна устанавливаться с действием на отключение (по всей электрически связанной сети) в тех случаях, в которых это необходимо по условиям безопасности (для линий, питающих передвижные подстанции и механизмы, торфяные разработки и т.п.).

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ РАБОТАЮЩИХ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Защитное отключение рекомендуется применять в качестве основной или дополнительной меры защиты, если безопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления или зануления, либо если их применение вызывает трудности по условиям выполнения или по экономическим соображениям. Защитное отключение должно осуществляться устройствами (аппаратами), удовлетворяющими в отношении надежности действия специальным техническим условиям.

Трехфазная сеть до 1 кВ с изолированной нейтралью или однофазная сеть до 1 кВ с изолированным выводом, связанная через трансформатор с сетью выше 1 кВ, должна быть защищена пробивным предохранителем от опасности, возникающей при повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора. Пробивной предохранитель должен быть установлен в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения каждого трансформатора. При этом должен быть предусмотрен контроль за целостью пробивного предохранителя.

В электроустановках до 1 кВ в местах, где в качестве защитной меры применяются разделительные или понижающие трансформаторы, вторичное напряжение трансформаторов должно быть: для разделительных трансформаторов — не более 380 В, для понижающих трансформаторов — не более 42 В. Данные разделительные трансформаторы должны удовлетворять специальным техническим условиям в отношении повышенной надежности конструкции и повышенных испытательных напряжений. В частности от разделительного трансформатора разрешается питание только одного электроприемника с номинальным током плавкой вставки или расцепителя автоматического выключателя на первичной стороне не более 15 А.

Также важно иметь в виду, что заземление вторичной обмотки разделительного трансформатора не допускается. Корпус трансформатора в зависимости от режима нейтрали сети, питающей первичную обмотку, должен быть заземлен или зануден. Применения заземления корпуса электроприемника, присоединенного к такому трансформатору, не нужно. Также в качестве разделительных могут использоваться понижающие трансформаторы со вторичным напряжением 42 В и ниже. В случаях, когда понижающие трансформаторы не являются разделительными, то в зависимости от режима нейтрали сети, питающей первичную обмотку, нужно заземлить или занулять корпус трансформатора, а также один из выводов (одну из фаз) или нейтраль (среднюю точку) вторичной обмотки.

Если не предоставляется возможность сделать заземление, зануление или защитное отключение, когда это представляет значительные трудности по технологическим причинам, то можно допустить применение изолирующих площадок. Они должны быть сконструированы таким образом, чтобы прикосновение к представляющим опасность незаземленным (незануленным) частям могло быть только с площадок. Должна исключаться возможность одновременного прикосновения к электрооборудованию и частям другого оборудования, а также частям здания.

Какие части электрооборудования подлежат занулению или заземлению? В перечень электрооборудования, подлежащего защитному занулению или заземлению входят:

— корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов и светильников;
— промышленные электроприводы;
— вторичные обмотки измерительных трансформаторов;
— каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов;
— открывающиеся и съемные части промышленного оборудования, функционирующего под напряжением выше 42 В переменного тока или более 110 В постоянного тока;
— металлические конструкции распределительных устройств;
— металлические кабельные конструкции и соединительные муфты;
— металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей;
— металлические оболочки проводов, металлические рукава и трубы электропроводки;
— защитные металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей и проводов напряжением до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока, смонтированные на общих металлических конструкциях, включая общие трубы, короба и лотки;
— металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников;
— электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин и механизмов.

Также защитному заземлению (занулению) подлежат кожухи и опорные конструкции шинопроводов, лотки, короба, струны, тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме струн, тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней), а также другие металлические конструкции, на которых устанавливается электрооборудование.

Давайте попробем разобраться, какие части электрооборудования можно не заземлять. На практике защитное заземление (зануление) может не применяться:

— по отношению к корпусам электрооборудования, аппаратов и электромонтажных конструкций, установленных на заземленных (зануленных) металлических конструкциях, распределительных устройствах, на щитах, шкафах, щитках, станинах станков, машин и механизмов, когда обеспечен надежный электрический контакт с заземленными или запуленными основаниями;
— при условии надежного электрического контакта конструкциями и установленными на них заземленным или зануленным электрооборудованием;
— по отношению к арматуре изоляторов всех типов, оттяжкам, кронштейнам и осветительной арматуры при установке их на деревянных опорах высоковольтных линий или на деревянных конструкциях открытых подстанций, когда это не требуется для защиты от воздействия атмосферного электричества.

При осуществлении прокладки кабелей с металлическими заземленными оболочками или выполненные из неизолированного заземляющего проводника на деревянной опоре перечисленные части, расположенные на этой опоре, должны быть заземлены или занулены:

— съемные или открывающиеся части металлических каркасов камер распределительных устройств, шкафов, ограждений (если на съемных (открывающихся) частях не установлено электрооборудование или если напряжение установленного электрооборудования не превышает 42 В переменного тока или 110 В постоянного тока);
— корпуса электроприемников с двойной изоляцией;
— металлические скобы, закрепы, отрезки труб механической защиты кабелей в местах их прохода через стены и перекрытия и другие подобные детали, включая протяжные и ответвительные коробки.

ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

При проектировании защитного заземления электроустановок выше 1000 в должны быть соблюдены требования к их сопротивлению, конструкционному выполнению и ограничению напряжению на заземляющем устройстве.

Величина напряжения на заземляющем устройстве при стекании с него тока замыкания на землю не должно превышать 10 кВ. Наличие напряжения, превышающего 10000 Вольт, может применяться на защитных устройствах без выноса потенциалов за пределы зданий и внешних ограждений электроустановки.

При наличии напряжения от 5000 Вольт до 10000 Вольт предусматриваются защитные меры в отношении изоляции отходящих кабелей связи и телемеханики и для предотвращения выноса опасных потенциалов за пределы электроустановки. Применяемое заземляющее устройство должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом (включая сопротивление естественных заземлите лей).

Для выравнивания электрического потенциала и обеспечения присоединения электрооборудования к заземлителю прокладываются продольные и поперечные горизонтальные заземлители, соединенные между собой в заземляющую сетку. Для открытых электроустановок с напряжением сети выше 1000 Вольт и изолированной нейтралью вокруг площади, занимаемой оборудованием, на глубине не менее 0,5 м прокладывается замкнутый горизонтальный заземлитель (контур). К данному контуру подсоединяется заземляемое оборудование.

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ДО 1000 ВОЛЬТ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Нейтрали генераторов и трансформатора на стороне до 1 000 Вольт подсоединяются к заземлителям посредством заземляющих проводников. Важно помнить, что не допускается применение в качестве заземления нулевого рабочего проводника, идущего от нейтрали генератора или трансформатора на щит распределительного устройства. Данный заземлитель располагается в непосредственной близости от генератора или трансформатора. Иногда допустимо сооружение заземления непосредственно около стены зданий внутрицеховых подстанций.

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ДО 1000 ВОЛЬТ
С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Эффективное сопротивление заземляющего устройства, применяемого для заземления электрооборудования, не должно по номиналу превышать значение 4 Ом. Когда мощность генераторов и трансформаторов составляет 10000 Вольт*А и менее, заземляющие устройства должны иметь номинальное сопротивление не более 10 Ом. При параллельном подключении генераторов или трансформаторов допускается номинальное сопротивление величиной 10 Ом, если их суммарная мощность не превышает 100 000 Вольт*А.

ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК В РАЙОНАХ С БОЛЬШИМ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЗЕМЛИ

Устройства защитного заземления электроустановок с эффективно заземленной нейтралью, питающее напряжение которых превышает 1000 вольт, на территориях с высоким удельным сопротивлением земли (включая зоны вечной мерзлоты) должны соответствовать требованиям, предъявляемым к напряжению прикосновения.

Горизонтальные заземлители в скальных структурах закладываются на глубине не менее чем 0,15 м. Нормами безопасности допускается неприменение вертикальных заземлителей у входов и въездов. При проектировании искусственных заземлителей в районах с большим удельным сопротивлением земли рекомендовано проведение мероприятий, в перечень которых входят:

— применение вертикальных заземлителей увеличенной длины в случаях, когда с увеличением глубины залегания грунта происходит постепенное снижение удельного сопротивления земли снижается, а естественные углубленные заземлители (например, скважины с металлическими обсадными трубами) отсутствуют;
— применение выносных заземлителей в случаях, когда вблизи (до 2 км) от электроустановки имеются участки территории с меньшим удельным сопротивлением земли;
— укладка в траншеи с последующей трамбовкой и засыпкой щебнем до верха траншеи горизонтальных заземлителей в скальных структурах влажного глинистого грунта;
— искусственная обработка грунта для снижения его удельного сопротивления, если другие способы не могут быть применены или не дают необходимого эффекта.

На территориях с вечной мерзлотой следует помещать заземлители в непромерзающие водоемы и талые зоны, а также использовать обсадные трубы скважин. Наряду с применением углубленных заземлителям используются протяженные заземлители на глубине около 0,5 м, которые предназначены для работы в летнее время при оттаивании поверхностного слоя земли. Также создаются специальные искусственные талые зоны путем покрытия грунта над заземлителем слоем торфа или другого теплоизоляционного материала на зимний период и раскрытия их на летний период.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

Рассмотрим, какие элементы технологических конструкций промышленного предприятия могут быть использованы в качестве основного элемента естественного защитного заземления. В качестве основного элемента естественного защитного заземления могут применяться:

— проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы (кроме трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей);
— обсадные трубы скважин;
— выполненные из металла и железобетона конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;
— выполненные из металла шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и так далее;
— свинцовые кожухи проложенных в земле кабелей.

Не допускается использовать в качестве естественных заземлителей алюминиевые оболочки кабелей.

Если оболочки кабелей используются в качестве единственного заземления, то при проектировании такой защиты допускается учет не менее двух таких кабелей. Соответственно допускается использование в качестве заземления опор высоковольтных линий, соединенных с заземляющим устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса, который не изолирован от данных опор.

Допускается применение в качестве естественного заземлителя рельсовых путей магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездных путей при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами. Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, которые присоединены к заземлителю в разных местах.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ЗАЩИТНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

При создании искусственных защитных заземлителей применяется сталь. Важно отметить, что искусственные заземлители не должны быть окрашены. Подбор сечения горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1000 Вольт осуществляется в соответствии с термической стойкостью материала с учетом допустимой температуры нагрева 400 °С.

Нельзя располагать заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов, включая линии теплоцентрали.

Важно траншеи для горизонтальных заземлителей заполнять однородным грунтом, который не содержит щебень и строительный мусор. Если имеется опасность коррозии заземлителей, то рекомендуется увеличить сечение заземлителей с учетом расчетного срока их службы. Также допускается применение оцинкованных заземлителей и электрической защиты. Для организации искусственного заземления возможно использование заземлителей из электропроводящего бетона.

Устройство заземлителей

Чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды, поскольку их легче заглубить в землю. При малой глубине электродов зимой (при замерзании грунта) сильно увеличивается сопротивление заземления, т.е. ухудшается его основная характеристика.

В качестве электродов обычно используют стальные трубы, арматуру, стержни, уголки и другую прокатную продукцию, имеющую большую длину. При выборе заземляющего электрода необходимо учитывать коррозионную стойкость устройства и способность выдерживать токи большой величины.

Поперечное сечение стального уголка или прямоугольного профиля должно быть не менее 150 мм2 при минимальной толщине стенки 5 мм. Если в качестве заземляющего электрода используется круглый стержень, то его наименьший диаметр должен быть не менее 18 мм. Если используется стальная труба, то ее минимальный диаметр должен быть не менее 32 мм, а толщина стенки — не менее 3,5 мм.

Требования к заземлению электроустановок до 1 кВ

Правильно построенная система заземления способна нейтрализовать избыточный потенциал любой мощности, обеспечив надежную защиту от воздействия электрического тока.

Заземление электроустановок представляет собой надежное электрическое соединение между корпусами защищаемого оборудования и землей. Защитное заземление организуется с целью защиты людей, работающих с оборудованием, от случайного поражения электрическим током.

В соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ), корпуса электрооборудования и других технических устройств и приборов должны быть подключены к естественным или искусственным заземлителям. Использование готовых конструкций (защитные кожухи уложенных в земле кабелей, обсадные трубы скважины и т.д.) существенно упрощает и удешевляет решение вопроса заземления.

При выборе естественных заземлителей есть ряд ограничений — для этих целей нельзя использовать следующие объекты:

газо- и нефтепроводы
трубы с антикоррозийной изоляцией
трубы канализации
трубы централизованного отопления
Сопротивление стеканию тока

Проходящий через заземлитель ток преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока или просто сопротивлением растекания. Основное требование к системам заземления — их способность создать надежную цепочку для стекания аварийных токовых зарядов в землю.

Согласно ПУЭ, сопротивление растекания для промышленного оборудования должно быть не более 4 Ом. Для достижения данных значений сопротивления принимают специальные меры, а именно:

увеличивают площадь соприкосновения поверхности заземляющего устройства с землей
улучшают качество контакта между элементами заземляющего устройства и соединительными шинами
улучшают токопроводящие характеристики почвы путем увлажнения или повышения содержания соли

Заземлители

1.Естественные

— водопроводные трубы, проложенные в земле (ХВ)

— металлические конструкции здания и фундаменты, надежно соединенные с землей

— металлические оболочки кабелей

— обсадные трубы артезианских скважин

— газопроводы и трубопроводы с горючими жидкостями

— алюминиевые оболочки подземных кабелей

— трубы теплотрасс и горячего водоснабжения

Соединение с естественным заземлителем должно быть не менее чем в двух разных местах.

2. Искуственные

Контурные

При контурном заземлении обеспечивается выравнивание потенциалов в защищаемой зоне и уменьшается напряжение шага.

Выносные: групповые и одиночные

Позволяют выбрать место с минимальным сопротивлением грунта.

Традиционно, для искусственных заземлителей применяют угловую сталь толщиной полки не менее 4 мм, стальные полосы толщиной не менее 4 мм или прутковую сталь диаметром от 10 мм.

Широкое распространение в последнее время получили глубинные заземлители с омедненными или оцинкованными электродами, которые по долговечности и затратам на изготовление заземлителя существенно превосходят традиционные методы.

Особая проблема — создание качественного заземления в условиях вечной мерзлоты. Здесь стоит обратить внимание на системы электролитического заземления, позволяющие эффективно решить проблему.

Подробную информацию о различных схемах зазелителей, способах расчета и консультации можно получить на сайте www.zandz.ru

Основная система уравнивания потенциалов.

Построение основной системы уравнивания потенциалов – создание эквипотенциальной зоны в пределах электроустановки с целью обеспечения безопасности персонала и самой электроустановки при срабатывании системы молниезащиты, заносе потенциала и коротких замыканиях.

Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:

1 ) нулевой защитный РЕ- или РЕN- проводник питающей линии в системе TN;

2 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;

3 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание;

4)металлические трубы коммуникаций , входящих в здание…

5 ) металлические части каркаса здания;

6 ) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования….

7 ) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категории;

8 ) заземляющий проводник функционального ( рабочего ) заземления, если таковое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;

9 ) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов. (ПУЭ п. 1.7.82)

Несоединенный с ГЗШ элемент конструкции, инженерной системы, независимой системы рабочего заземления ( FE ) и тд. – грубейшее нарушение целостности основной системы уравнивания потенциалов. Появление разности потенциалов ( возможность искры ) – угроза жизни персонала и безопасности объекта.

Примечание: разрядник, указанный на рисунке – специализированный искровой разрядник с малым напряжением срабатывания для систем уравнивания потенциалов. Например: серии «KFSU», «EXFS..» компании DEHN.

Система дополнительного уравнивания потенциалов

— должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток (ПУЭ п. 1.7.83).

Система дополнительного уравнивания потенциалов значительно улучшает уровень электробезопасности в помещении. Короткие проводники защитного заземления и уравнивания потенциалов, сведенные на шину, формируют эквипотенциальную зону по принципу аналогично основной системы уравнивания потенциалов.

Как видно из рисунков, схема электропитания претерпевает существенные изменения. Чрезвычайно важно обеспечить соединение контактов заземления розеток и клемм заземления стационарных приборов на шину дополнительного уравнивания потенциалов. При этом, даже если не будет выполнено соединение корпусов приборов с шиной ( безалаберная эксплуатация, особенно переносных приборов ) система сохранит свою эффективность по безопасности. Ситуация, когда земли розеток и приборов не подключены к шине, а сторонние проводящие части гарантированно соединены с шиной уравнивания потенциалов, в разы ухудшает электробезопасность в помещении даже по сравнению с классической схемой питания.

Сторонняя проводящая часть — проводящая часть, не являющаяся частью электроустановки.

Если формально подходить к определению, то и металлическая дверная ручка и петли на деревянной двери в деревянном доме являются сторонними проводящими частями.

При формировании дополнительной системы уравнивания потенциалов возникает вопрос, что подключать, а что не подключать на шину дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы добиться необходимого уровня электробезопасности и не делать систему слишком громоздкой. Здесь, с точки зрения здравой логики, можно руководствоваться двумя принципами:

Фактическая ( потенциальная ) возможность связи с «землей».
Возможность появления потенциала на сторонней проводящей части при аварии электрооборудования в процессе эксплуатации.

Примеры сторонних проводящих частей подключаемых / не подключаемых к шине дополнительного уравнивания потенциалов:

Сторонняя проводящая часть

Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала.

Металлическая полка, закрепленная на стене из железобетона.

(потенциальная связь с «землей» за счет крепежа к стене)

Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала.

На полке расположен электроприбор.

(возможность появления потенциала при аварии прибора с классом изоляции I)

Металлическая тумбочка с резиновыми (пластиковыми) колесиками на бетонном полу.

Металлическая тумбочка с резиновыми колесиками на бетонном полу.

В помещении грязь и пыль в сочетании с повышенной влажностью.

(потенциальная связь с «землей» за счет загрязнения и повышенной влажности)

Некоторое количество вопросов с уравниванием потенциалов возникает по ванным и душевым помещениям. Современные требования и рекомендации по устройству системы дополнительного уравнивания потенциалов изложены в циркуляре № 23/2009.

Широкое применение пластиковых труб породило закономерный вопрос: является ли водопроводная вода сторонней проводящей частью и возможен ли занос потенциала через воду….

Ответ, содержащийся в циркуляре, несколько настораживает: « … Водопроводная вода нормального качества …не рассматривается как сторонняя проводящая часть . »

К сожалению, вода нормального качества из наших кранов течет не всегда и лучше перестраховаться, используя токопроводящие вставки на отводах от стояков водопровода подключив их к шине дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы не подключать отдельно каждый кран. Этот метод в качестве рекомендуемого описан в этом же циркуляре.

Практика выполнения дополнительной системы уравнивания потенциалов.

Фактически наиболее распространены пять вариантов выполнения шин системы дополнительного уравнивания потенциалов:

Вариант 1. С использованием стандартных коробок уравнивания потенциалов ( КУП ).

Вариант 2. Стальная шина 4х40 ( 4х50 ) с приварными болтами опоясывающая помещение.

Вариант 3. Стальная шина, уложенная в стандартный пластиковый короб.

Вариант 4. Использование шины заземления в РЩ ( для небольших помещений ).

Вариант 5. С использованием специализированного щитка типа ЩРМ – ЩЗ

( встроенный щиток с шиной 100 мм 2 ( Cu ) со степенью защиты IP54 ).

Главные требования нормативов по устройству шины дополнительного уравнивания потенциалов содержат два требования:

— возможность осмотра соединения

— возможность индивидуального отключения

Длина проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющих контакты штепсельных розеток, сторонние проводящие части и корпуса электрооборудования не должна превышать 2,5 м.( ? ). Сечение 4 мм 2 Сu ( ПВ-1, ПВ-3 ). См. ПУЭ 1.7.82 рис. 1.7.7.
Для электроустановки здания, где применяются негорючие ( ВВГ нг –FRLS…) кабеля, следует с осторожностью использовать кабеля марки ПВ-1, ПВ-3 ( проводники уравнивания потенциалов от дополнительной системы уравнивания потенциалов до ГЗШ или щитовой шины заземления ). Данный тип кабеля, будучи уложенным вместе с негорючими кабелями, формально превращает всю систему в распространяющую горение. В большинстве случаев контролирующие органы относятся к этому спокойно, но в некоторых случаях стоит применить негорючие одножильные кабеля той же марки с нанесением соответствующей маркировки.
Для зданий детских дошкольных учреждений, больниц, специальных домах престарелых и тд. применяемые пластиковые короба должны иметь сертификат о не выделении токсичных веществ при горении. Тоже касается линолеума. Поставляемые в Россию короба Legrand, ABB … таких сертификатов не имеют. Как вариант — короба фирмы DKC в которых в качестве отбеливающего вещества используется мел и есть все необходимые сертификаты.

МЕД. ГОСТ Р 50571.28 п. 710.413.1.6.3 « Шина уравнивания потенциалов должны быть расположены в самом медицинском помещении или в непосредственной близости от него. В каждом распределительном шкафу или в непосредственной близости от него должны быть расположена шина системы дополнительного уравнивания потенциалов, к которой должны быть подключены проводники…»

Для учреждений здравоохранения в помещениях гр.1 и особенно в помещениях гр.2 (чистые помещения) удобно воспользоваться вариантом № 5, схема которого представлена на рисунке.

Правила для переносных установок

В некоторых ситуациях допускается отказ от местного заземлителя для электрооборудования, оснащенного автономными источниками питания с нейтралью, не вступающей в контакт с грунтом. Обычно переносное заземление используется для защиты установок, не питающих другое оборудование. При этом источники питания должны иметь собственные заземлители, а все элементы установки — стыковаться с корпусом источника электропитания.

Работы по заземлению мобильных электрических установок выполняют в соответствии с требованиями к напряжению или сопротивлению. Показатель сопротивления не должен превышать 25 Ом. Устройства с автономными источниками электропитания и изолированными нейтралями всегда контролируются по уровню сопротивления изоляции. Кроме того, нужно обеспечить постоянный доступ для проведения проверок работоспособности изоляции.

Переносные заземлительные установки монтируются во время перерывов в работе электрооборудования. Установка защиты начинается только после отключения напряжения в электросети. Заземление устанавливается на все отключенные фазы. Причем установка осуществляется со всех сторон, откуда подается напряжение.

К монтажу переносных систем в электрических установках с напряжением свыше 1000 вольт допускаются исключительно специалисты, обладающими группой электробезопасности не меньше четвертой. Для установок с напряжением менее 1000 вольт необходима третья или выше группа электробезопасности.

Обратите внимание! Нельзя задействовать в качестве заземляющих устройств элементы, непредназначенные для этой цели. Также недопустимы скрутки.

Заземление электроустановок на предприятиях

На производстве нередко возникают ситуации, когда напряжение в корпусе вышедшего из строя оборудования отмечается не только между открытыми участками агрегата и грунтом, но и между корпусами разных устройств. Также напряжение фиксируют между корпусом оборудования и различными элементами сооружения, трубами и другими металлическими частями.

Для защиты оборудования используются обширные системы, включающие и связывающие между собой элементы установок, способные производить ток, а также металлические элементы технологических устройств и всего сооружения в целом. Задача проводимых мероприятий состоит в выравнивании потенциалов всех элементов цехов. В результате все заземляемые станки на предприятии входят в единую систему.

Защита необязательна для приборов с номинальным напряжением до 42 вольт переменного тока и до 100 вольт постоянного.

Заземление электроустановок и оборудования: виды и правила

Заземление электроустановок промышленного, сетевого электрооборудования – это обязательный комплекс мер для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током. Типов электрооборудования достаточно много, и каждому из них присущи особенности, определяющие свой вариант защиты.

По нейтрали:

Нейтраль заземленная или изолированная;
Способ прокладки
Особенности подключения нагрузки к нейтрали

Методика классификации определяется ПУЭ (правила устройства электроустановок), где подробно указываются признаки каждого типа.

«T» — заземление;
«N» — нейтраль;
«I» — изолированная;
«C» — общая;
«S» — раздельная.

В соответствии с данным обозначением определяется способ защиты источника тока и какой тип защиты может быть применен потребителем. При организации сетей электроснабжения применяются такие конфигурации:

TN-C — нулевой рабочий проводник N и защитный PE объединены в общую шину; TN-S — раздельная прокладка проводников.

TN-C-S — проводники PE и N объединены до какой-либо точки, а после чего они разделены.

TT и TI – такие схемы используются намного реже, в особых случаях, когда, например, необходимо обеспечить высокий уровень безопасности, в частности, на предприятиях нефтеперерабатывающей или горно-добывающей. промышленности. Подобные схемы защиты гарантируют низкое искрообразование.

Требования к заземлению электроустановок до 1000 Вольт

Как было указано выше, заземление – это перечень технических требований и мероприятий, реализуемых в целях защиты обслуживающего персонала от поражения током.

Следуя регламенту ГОСТ 12.1.030-81, заземление электроустановки следует выполнять:

При напряжении 380 В переменного тока и выше, а так же 440 В постоянного тока и выше;
При напряжении от 42 В до 380 В переменного тока и от 110 В до 440 В постоянного тока, при эксплуатации оборудования в условиях повышенной опасностью и особо опасных (ГОСТ 12.1.013-78).

Техническая суть любого заземления состоит в том, при нарушении изоляции токовый заряд будет направлен на заземляющую шину и далее на защитный контур. Как известно, электричество идет по пути наименьшего сопротивления, а сопротивление защитного контура значительно ниже сопротивления человеческого тела.

Естественные заземлители

В соответствии с ПУЭ, корпуса электроустановки и прочих приборов должны быть подключены к естественным или искусственным заземлителям (ИЗУ). При реализации первого из этих способов традиционно используются следующие подсобные элементы:

металлические каркасы, установленные на земле;
металлические кожуха кабелей, уложенные в грунт;
обычные металлические трубы (кроме газовых и нефтепроводов);
железнодорожные рельсы.

Сопротивление стеканию току

Требование к заземлению до 1000 Вольт – возможность надежного отвода электрического разряда в грунт. Это определяется сопротивлением, которое преодолевает ток замыкания.

Направление растекания тока происходит с поврежденной фазы на корпус и через заземляющее устройство в землю.

В соответствии с нормативными документам (в т.ч и ПУЭ) сопротивление растеканию электрического тока должно быть:

В частных домах с напряжением питания 220 и 380 Вольт (не более 30 Ом).
В промышленности, сетевом хозяйстве сопротивление должно составлять не более 4 Ом (трансформаторные подстанции, сварочные аппараты, генераторы)

В цели соответствия необходимым значениям сопротивления, принимают следующие меры:

Расширение пятна соприкосновения заземления с грунтом;
Контроль контактов в местах соединения компоновочных элементов и шин;
Анализ и контроль проводимости грунта (увлажнение, применение соляных растворов).

Работа заземления при нарушении защитной изоляции

Одной из самых часто встречающихся неисправностей при работе электрических устройств – это замыкание фазы на корпус, который, как, правило выполнен из металла.

Уровень безопасности работы с электрооборудованием определяется мерами защиты:

Металлический корпус не заземлен, УЗО не установлено (опасный вариант);
Металлический корпус заземлен, УЗО не установлено;
Металлический корпус не заземлен, УЗО установлено;
Металлический корпус заземлен, УЗО установлено (наиболее предпочтительный);
Использование пластиковых корпусов (наиболее безопасный). Образование потенциала на таких корпусах невозможно.

Заземление электроустановок и оборудования: виды и правила

По нейтрали:

Нейтраль заземленная или изолированная;
Способ прокладки
Особенности подключения нагрузки к нейтрали

«T» — заземление;
«N» — нейтраль;
«I» — изолированная;
«C» — общая;
«S» — раздельная.

TN-C — нулевой рабочий проводник N и защитный PE объединены в общую шину; TN-S — раздельная прокладка проводников.

TN-C-S — проводники PE и N объединены до какой-либо точки, а после чего они разделены.

Требования к заземлению электроустановок до 1000 Вольт

Следуя регламенту ГОСТ 12.1.030-81, заземление электроустановки следует выполнять:

При напряжении 380 В переменного тока и выше, а так же 440 В постоянного тока и выше;
При напряжении от 42 В до 380 В переменного тока и от 110 В до 440 В постоянного тока, при эксплуатации оборудования в условиях повышенной опасностью и особо опасных (ГОСТ 12.1.013-78).

Естественные заземлители

металлические каркасы, установленные на земле;
металлические кожуха кабелей, уложенные в грунт;
обычные металлические трубы (кроме газовых и нефтепроводов);
железнодорожные рельсы.

Сопротивление стеканию току

В частных домах с напряжением питания 220 и 380 Вольт (не более 30 Ом).
В промышленности, сетевом хозяйстве сопротивление должно составлять не более 4 Ом (трансформаторные подстанции, сварочные аппараты, генераторы)

В цели соответствия необходимым значениям сопротивления, принимают следующие меры:

Расширение пятна соприкосновения заземления с грунтом;
Контроль контактов в местах соединения компоновочных элементов и шин;
Анализ и контроль проводимости грунта (увлажнение, применение соляных растворов).

Работа заземления при нарушении защитной изоляции

Уровень безопасности работы с электрооборудованием определяется мерами защиты:

Металлический корпус не заземлен, УЗО не установлено (опасный вариант);
Металлический корпус заземлен, УЗО не установлено;
Металлический корпус не заземлен, УЗО установлено;
Металлический корпус заземлен, УЗО установлено (наиболее предпочтительный);
Использование пластиковых корпусов (наиболее безопасный). Образование потенциала на таких корпусах невозможно.